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11.3　机械效率
学习目标 1. 知道有用功、额外功、总功的含义及三者的关系。 2. 知道机械效率，能利用机械效率的公式进行简单计算。 3. 能认识提高机械效率的意义和途径。
任务一　有用功与额外功
探究使用动滑轮是否省功的实验过程如下：如图甲所示，用弹簧测力计将钩码缓慢地提升一定的高度，计算拉力所做的功。如图乙所示，用弹簧测力计并借助一个动滑轮将同样的钩码缓慢地提升相同的高度，计算弹簧测力计的拉力所做的功。
　
问题1：在提升钩码的过程中，两种情况下对钩码所做的功是否相同？
问题2：在提升钩码的过程中，两种情况下弹簧测力计的拉力所做的功是否相同？
问题3：无论采取哪种方法都必须做的功是什么？
问题4：在两种方法中不想做但又不得不做的功分别是什么？
问题5：使用机械能省功吗？
问题6：阅读课本P11，结合题图，写出什么是有用功、额外功、总功？
1. 有用功：我们需要的、有价值的功。
2. 额外功：无利用价值却不得不做的功。
3. 总功：有用功与额外功的和，即W总＝W有用＋W额外。
【应用1】小松在超市从货架上拿起一个水杯并购买。到家后他用这个水杯喝水，在水杯里倒满水后，他从桌面上拿起水杯。在他两次拿起水杯的过程中( )
A. 对水杯所做的功都是有用功
B. 对水杯所做的功都是额外功
C. 购买水杯时，对水杯所做的功是有用功
D. 喝水时，对水杯所做的功是有用功
任务二　机械效率
阅读课本P12～P13相关内容，回答下列问题。
问题1：什么是机械效率？
问题2：机械效率的计算公式是什么？
问题3：机械效率有单位吗？
问题4：为什么机械效率总是小于100%
问题5：“机械效率越高，功率越大”这句话对吗？为什么？
1. 有用功与总功的比叫做机械效率。
2. η＝×100%，通常用百分率表示，η总小于100%。
【应用2】(2025·深圳模拟)小圳同学做实验时，用动滑轮将重0.2 N的滑轮、重2 N的钩码匀速提升1 m。在不计绳重和摩擦的情况下，下列说法正确的是( )
A. 绳子自由端上升1 m
B. 对钩码做功为0.2 J
C. 拉力F做功为2.2 J
D. 动滑轮的机械效率为75%
任务三　滑轮组机械效率的计算
活动1：推导滑轮组机械效率的计算公式。
(1)使用滑轮组竖直拉动物体。
如图所示，利用滑轮组把所受重力为G的物体提高h，F为动力，s为绳子自由端移动的距离，n为承担物体的绳子段数。
①滑轮组的机械效率为 。
②不计绳重、摩擦力时，滑轮组的机械效率为 。
(2)使用滑轮组水平拉动物体(不计滑轮及绳重)。
如图所示，使用滑轮组用力F沿水平方向匀速拉动物体，物体与水平面的摩擦力为f，s绳为绳子自由端移动的距离，s物为物体移动的距离，n为动滑轮上的绳子段数。滑轮组的机械效率为 。
活动2：阅读课本P13相关内容，了解提高机械效率的现实意义。结合课本和查阅的资料，写出你还知道哪些提高机械效率的方法。
1. 用滑轮组竖直匀速提升物体时，滑轮组的机械效率：η＝×100%＝×100%。(其中n是指承担重物的绳子段数)
若不计绳重和摩擦，机械效率：
η＝×100%＝×100%。
2. 用滑轮组水平匀速拉动物体时，滑轮组的机械效率：η＝×100%＝×100%＝×100%。(其中s是指物体移动的距离，s'是指绳端移动的距离)
3. 提高机械效率的途径：尽量减小额外功，如改进机械结构、定期保养机械等。
【应用3】 (2024·广安中考)房屋装修时，工人利用滑轮组提升物体。如图所示，已知物体的重力为800 N，在绳子自由端用 500 N 的力拉着物体在竖直方向上做匀速直线运动，物体被提升了3 m，该滑轮组的机械效为 。如果要提高滑轮组的机械效率，可采用的措施有 (填序号)。
①增加物体的重力
②增加提升物体的高度
③减小动滑轮的重力
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学习目标 1. 知道有用功、额外功、总功的含义及三者的关系。 2. 知道机械效率，能利用机械效率的公式进行简单计算。 3. 能认识提高机械效率的意义和途径。
任务一　有用功与额外功
探究使用动滑轮是否省功的实验过程如下：如图甲所示，用弹簧测力计将钩码缓慢地提升一定的高度，计算拉力所做的功。如图乙所示，用弹簧测力计并借助一个动滑轮将同样的钩码缓慢地提升相同的高度，计算弹簧测力计的拉力所做的功。
　
问题1：在提升钩码的过程中，两种情况下对钩码所做的功是否相同？
答：相同。
问题2：在提升钩码的过程中，两种情况下弹簧测力计的拉力所做的功是否相同？
答：不相同。
问题3：无论采取哪种方法都必须做的功是什么？
答：对钩码做的功是必须做的。
问题4：在两种方法中不想做但又不得不做的功分别是什么？
答：对动滑轮和绳子做的功以及克服摩擦所做的功是不想做但又不得不做的。
问题5：使用机械能省功吗？
答：使用任何机械都不能省功。
问题6：阅读课本P11，结合题图，写出什么是有用功、额外功、总功？
答：我们需要的、有价值的功，叫做有用功，用W有用表示。拉力所做的功，叫做总功，用W总表示。使用机械时，克服机械本身的重力以及摩擦力等因素的影响而多做的功，这部分无利用价值却不得不做的功，叫做额外功，用W额外表示。总功等于有用功与额外功之和，即W总＝W有用＋W额外。
1. 有用功：我们需要的、有价值的功。
2. 额外功：无利用价值却不得不做的功。
3. 总功：有用功与额外功的和，即W总＝W有用＋W额外。
【应用1】小松在超市从货架上拿起一个水杯并购买。到家后他用这个水杯喝水，在水杯里倒满水后，他从桌面上拿起水杯。在他两次拿起水杯的过程中(　C　)
A. 对水杯所做的功都是有用功
B. 对水杯所做的功都是额外功
C. 购买水杯时，对水杯所做的功是有用功
D. 喝水时，对水杯所做的功是有用功
任务二　机械效率
阅读课本P12～P13相关内容，回答下列问题。
问题1：什么是机械效率？
答：有用功与总功的比叫做机械效率。
问题2：机械效率的计算公式是什么？
答：计算公式：η＝×100%。
问题3：机械效率有单位吗？
答：机械效率没有单位，用百分率表示。
问题4：为什么机械效率总是小于100%
答：在使用任何机械时，都不可避免地要做额外功，有用功总是小于总功，因此机械效率总小于100%。
问题5：“机械效率越高，功率越大”这句话对吗？为什么？
答：不对。机械效率表示做功的有效程度，公式为η＝×100%，而功率表示物体做功快慢，公式为P＝，二者之间无因果关系，η大P不一定大；反之，P大η也不一定大。
1. 有用功与总功的比叫做机械效率。
2. η＝×100%，通常用百分率表示，η总小于100%。
【应用2】(2025·深圳模拟)小圳同学做实验时，用动滑轮将重0.2 N的滑轮、重2 N的钩码匀速提升1 m。在不计绳重和摩擦的情况下，下列说法正确的是(　C　)
A. 绳子自由端上升1 m
B. 对钩码做功为0.2 J
C. 拉力F做功为2.2 J
D. 动滑轮的机械效率为75%
任务三　滑轮组机械效率的计算
活动1：推导滑轮组机械效率的计算公式。
(1)使用滑轮组竖直拉动物体。
如图所示，利用滑轮组把所受重力为G的物体提高h，F为动力，s为绳子自由端移动的距离，n为承担物体的绳子段数。
①滑轮组的机械效率为　η＝×100%＝×100%＝×100%　。
②不计绳重、摩擦力时，滑轮组的机械效率为　η＝×100%＝×100%＝×100%　。
(2)使用滑轮组水平拉动物体(不计滑轮及绳重)。
如图所示，使用滑轮组用力F沿水平方向匀速拉动物体，物体与水平面的摩擦力为f，s绳为绳子自由端移动的距离，s物为物体移动的距离，n为动滑轮上的绳子段数。滑轮组的机械效率为　η＝×100%＝×100%＝×100%　。
活动2：阅读课本P13相关内容，了解提高机械效率的现实意义。结合课本和查阅的资料，写出你还知道哪些提高机械效率的方法。
答：提高滑轮组的机械效率的主要方法有尽可能地增加物重；减小动滑轮重；减轻绳重和滑轮转轴处的摩擦等。
1. 用滑轮组竖直匀速提升物体时，滑轮组的机械效率：η＝×100%＝×100%。(其中n是指承担重物的绳子段数)
若不计绳重和摩擦，机械效率：
η＝×100%＝×100%。
2. 用滑轮组水平匀速拉动物体时，滑轮组的机械效率：η＝×100%＝×100%＝×100%。(其中s是指物体移动的距离，s'是指绳端移动的距离)
3. 提高机械效率的途径：尽量减小额外功，如改进机械结构、定期保养机械等。
【应用3】 (2024·广安中考)房屋装修时，工人利用滑轮组提升物体。如图所示，已知物体的重力为800 N，在绳子自由端用 500 N 的力拉着物体在竖直方向上做匀速直线运动，物体被提升了3 m，该滑轮组的机械效为　80%　。如果要提高滑轮组的机械效率，可采用的措施有　①③　(填序号)。
①增加物体的重力
②增加提升物体的高度
③减小动滑轮的重力
特别提醒：关于滑轮组机械效率相关的计算：
(1)当物体移动的距离未知时，利用机械效率的推导公式：η＝×100%＝×100%＝×100%；根据η、G物、n、F中的任意三个量，即可求出另外一个。
(2)当不计机械摩擦时，竖直方向的滑轮组的机械效率η＝×100%＝×100%＝×100%＝×100%，根据η＝×100%，已知η、G物、G动中的任意两个量，即可求出另外一个。
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